(57)【要約】【課題】最大光出力を得るための供給電力を容易に決定可能とする。【解決手段】温度検出部３で検出する発光部２の温度が所定の使用範囲内に収まり且つ発光部２の光出力が最大となる供給電力を推定部１３で推定している。故に、推定部１３が、所定の出力パターンで電源部１１から発光部２に電力を供給したときの温度検出部３の検出温度に基づいて最大供給電力を推定するから、最大光出力を得るための供給電力が容易に決定できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１乃至複数の光源からなる発光部と、発光部に電力を供給して発光させる電源部と、発光部の温度を検出する温度検出部と、電源部の供給電力を調整する制御部と、温度検出部で検出する発光部の温度が所定の使用範囲内に収まり且つ発光部の光出力が最大となる供給電力を推定する推定部とを備え、該推定部は、所定の出力パターンで電源部から発光部に電力を供給したときの温度検出部の検出温度に基づいて最大供給電力を推定することを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記制御部は、推定部によって推定された供給電力の推定値に電源部の供給電力を一致させることを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
【請求項３】
前記推定部は、電源部の供給電力を推定値に一致させた場合に発光部の温度が使用範囲内に収まるか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の光照射装置。
【請求項４】
前記推定部は、外部から与えられる周囲温度の上限値並びに下限値とこれらに安全係数を乗じた値を考慮して供給電力を推定することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光照射装置。
【請求項５】
前記推定部は、温度検出部の検出値から周囲温度の上限値並びに下限値を決定することを特徴とする請求項４記載の光照射装置。
【請求項６】
発光部の寿命と使用される温度範囲との対応関係を記憶した記憶部を備え、前記推定部は、記憶部に記憶した対応関係を参照して発光部の寿命に対応した周囲温度の上限値を決定することを特徴とする請求項４記載の光照射装置。
【請求項７】
前記推定部は、発光部の寿命に対応した周囲温度の範囲を報知することを特徴とする請求項６記載の光照射装置。
【請求項８】
前記推定部は、推定した最大供給電力を所定のパターンに従って供給したときの発光部の寿命を予測し、当該予測結果を報知することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードや半導体レーザなどを光源とする光照射装置に関し、特に光硬化性樹脂を硬化させるために紫外線を照射する紫外線硬化装置に用いるのに好適な光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光硬化性樹脂に紫外線などの光を照射して硬化させる紫外線硬化装置においては、放電ランプを光源とする光照射装置が用いられていたが、近年では発光ダイオードを光源とする光照射装置が普及しつつある。これらの光源を用いる際に最も問題となるのが光源からの発熱である。すなわち、発光ダイオードや半導体レーザなどは低温の方が発光効率が良く、高温になるほど発光効率が低下し、照射する光のエネルギも減少してしまう。
【０００３】
そこで、例えば発光ダイオードの温度を検出し、温度が上昇するにつれて発光ダイオードへ供給する電力を増やすことで光出力を略一定に保つようにした光照射装置が既に提案されている（特許文献１参照）。かかる従来例においては、発光ダイオードの温度が使用範囲外となったときには警告を発して電力供給を停止することで発光ダイオードを保護する機能を有している。
【特許文献１】特開２００３−１８８４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、温度が使用範囲外とならないようにしつつ光源の光出力を最大とするために、従来は光源に放熱対策を施した状態で供給電力を段階的に増大させる実験を繰り返す必要があり、最大光出力を得るための供給電力を決定するのに多大な時間が必要であった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み点されたものであり、その目的は、最大光出力を得るための供給電力が容易に決定できる光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、１乃至複数の光源からなる発光部と、発光部に電力を供給して発光させる電源部と、発光部の温度を検出する温度検出部と、電源部の供給電力を調整する制御部と、温度検出部で検出する発光部の温度が所定の使用範囲内に収まり且つ発光部の光出力が最大となる供給電力を推定する推定部とを備え、該推定部は、所定の出力パターンで電源部から発光部に電力を供給したときの温度検出部の検出温度に基づいて最大供給電力を推定することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御部は、推定部によって推定された供給電力の推定値に電源部の供給電力を一致させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記推定部は、電源部の供給電力を推定値に一致させた場合に発光部の温度が使用範囲内に収まるか否かを判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記推定部は、外部から与えられる周囲温度の上限値並びに下限値とこれらに安全係数を乗じた値を考慮して供給電力を推定することを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記推定部は、温度検出部の検出値から周囲温度の上限値並びに下限値を決定することを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、発光部の寿命と使用される温度範囲との対応関係を記憶した記憶部を備え、前記推定部は、記憶部に記憶した対応関係を参照して発光部の寿命に対応した周囲温度の上限値を決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記推定部は、発光部の寿命に対応した周囲温度の範囲を報知することを特徴とする。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかの発明において、前記推定部は、推定した最大供給電力を所定のパターンに従って供給したときの発光部の寿命を予測し、当該予測結果を報知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度検出部で検出する発光部の温度が所定の使用範囲内に収まり且つ発光部の光出力が最大となる供給電力を推定する推定部とを備え、該推定部は、所定の出力パターンで電源部から発光部に電力を供給したときの温度検出部の検出温度に基づいて最大供給電力を推定するから、最大光出力を得るための供給電力が容易に決定できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本実施形態は、光硬化性樹脂を硬化させる紫外線硬化装置に用いるものであって、図１に示すように光源ユニット１及び電源ユニット１０で構成される。
【００１６】
光源ユニット１は、１乃至複数個の発光ダイオードからなる発光部２と、発光部２の温度を検出する温度検出部３とを備えている。温度検出部３は、発光部２の近傍に配設された測温抵抗体や熱電対などからなり、発光部２の温度を直接又は間接的に検出するものである。尚、本実施形態では発光部２を構成する光源として発光ダイオードを例示するが、これに限定する主旨ではなく、半導体レーザなどを含み、温度と光出力が線形の関係を有する光源全般が適用可能である。
【００１７】
電源ユニット１０は、発光部２に直流電力（直流電流）を供給する電源部１１と、電源部１１を含む電源ユニット１０全体を制御する制御部１２と、後述する推定処理を行う推定部１３と、書換可能な不揮発性メモリからなる記憶部１４と、液晶表示器からなる表示部１５と、制御部１２並びに推定部１３に対して操作指令を与えるための操作部１６とを備える。電源部１１は、例えば、従来周知のＡＣ／ＤＣコンバータ（降圧チョッパ回路）からなり、図示しない商用交流電源から供給される交流電力を所望の直流電力に変換するものであって、制御部１２によりＰＷＭ制御されることで供給電力が調整可能となっている。操作部１６はテンキーや押釦スイッチ等を含む複数の操作スイッチを有し、何れかの操作スイッチが操作された際に当該操作スイッチ並びにその操作量に対応した操作指令を制御部１２又は推定部１３に出力するものである。制御部１２並びに推定部１３は同一のマイクロコンピュータを主構成要素とし、メモリに搭載されているプログラムを実行することで後述する各種の制御動作や推定処理を行うものである。
【００１８】
ここで、本実施形態の基本的な動作について説明する。制御部１２は、使用者が操作部１６を操作して予め設定した出力パターンに従って電源部１１の供給電力を調整して発光部２を発光させる。図２（ａ）〜（ｄ）は出力パターンの例を示す図である。例えば、図２（ａ）の出力パターンは一定の光出力を一定時間だけ照射するパターン、図２（ｂ）の出力パターンは一定の光出力を一定時間繰り返して照射するパターン、図２（ｃ）の出力パターンは光出力を段階的に低下させる出力パターン、図２（ｄ）の出力パターンは光出力並びに照射時間が異なる数通りのパターンを組み合わせた出力パターンであり、操作部１６を操作して設定されたこれらの出力パターンが記憶部１４に記憶され、制御部１２が記憶部１４から読み出した出力パターンに応じて電源部１１の供給電力を調整するのである。
【００１９】
ところで、所望の光出力を得るために発光部２に供給すべき電力は、光源（発光ダイオード）が温度特性を有することから、使用される温度環境（周囲温度）や光源ユニット１に対する放熱効果（放熱量）によって異なる。言い換えると、使用される温度環境や放熱効果の程度によって、発光部２の温度を許容される範囲（使用範囲）内に収めつつ発光部２の光出力を最大とする供給電力が異なることになる。
【００２０】
そこで本実施形態では、温度検出部３で検出する発光部２の温度が所定の使用範囲内に収まり且つ発光部２の光出力が最大となる供給電力を推定部１３で推定している。以下、推定部１３による推定処理について詳しく説明する。
【００２１】
推定部１３は、制御部１２を通じて電源部１１の供給電力を調整することで発光部２からの単位時間当たりの発熱量Ｗｏ［Ｊ／ｓ（ジュール毎秒）］を変化させながら温度検出部３の検出温度から発光部２の温度変化ΔＴを測定し、発光部２の発熱量Ｗｏと放熱量Ｗ［Ｊ／ｓ］がほぼ一致して温度変化ΔＴが略ゼロとなるときの発光部２の温度Ｔ［Ｋ（ケルビン）］を測定する。ここで、発熱体の温度変化は下記の式（１）で表される。
【００２２】
ΔＴ＝（Ｗｏ−Ｗ）／Ｃ  …（１）
但し、Ｃは環境の熱容量［Ｊ／Ｋ］である。
【００２３】
また、ステファン＝ボルツマンの法則より、黒体がその表面から単位面積当たり単位時間に放出する放射エネルギＥは下記の式（２）で表される。
【００２４】
Ｅ＝σＴ4  …（２）
但し、σはステファン＝ボルツマン定数である。よって、単位時間当たりの放熱量Ｗは下記の式（３）で表される。
【００２５】
Ｗ＝Ｓσ（Ｔ4−Ｔｏ4）＋Ｑ  …（３）
但し、Ｓは物体の有効表面積［ｍ2］、Ｔは物体の絶対温度［Ｋ］、Ｔｏは周囲の絶対温度［Ｋ］、Ｑは対流による放熱量［Ｊ／ｓ］である。
【００２６】
操作部１６で所定の操作が行われることにより推定部１３が推定処理を開始すると、推定部１３は制御部１２を通じて互いにレベルが異なる３通りの電力（電流）を所定の出力パターンに従って電源部１１から発光部２に供給させ、温度検出部３で検出する温度の変化ΔＴが所定時間以上、所定値η以下となれば（ΔＴ＜η）、発光部２の発熱量Ｗｏと放熱量Ｗが一致したとみなし、その時点の温度検出部３の検出温度を物体（発光部２）の絶対温度とする。例えば、電源部１１から３通りの電流をＩ１，Ｉ２，Ｉ３（Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３）を供給し、それぞれの電流を供給したときに温度変化ΔＴが略ゼロとなったときの絶対温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を測定する。また、このときの放熱量Ｗは発光部２の発熱量Ｗｏに一致しているとみなせ、しかも、発光部２の発熱量Ｗは電源部１１の供給電力（電流）によってほぼ一義的に決まるから、発光部２の発熱量をそれぞれＷ１，Ｗ２，Ｗ３とする。これら３通りの絶対温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３並びに発熱量（放熱量）Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を式（３）に代入すれば、下記の連立方程式が得られる。
【００２７】
Ｗ１＝Ｓσ（Ｔ１4−Ｔｏ4）＋Ｑ
Ｗ２＝Ｓσ（Ｔ２4−Ｔｏ4）＋Ｑ
Ｗ３＝Ｓσ（Ｔ３4−Ｔｏ4）＋Ｑ
故に、これらの連立方程式を解くことで有効表面積Ｓ、周囲の絶対温度Ｔｏ、対流による放熱量Ｑを求めることができ、さらに、これらＳ，Ｔｏ，Ｑの値を式（３）に代入すれば、放熱量Ｗと発光部２の温度Ｔとの関係を表す関数が得られる。そして推定部１３では、この関数を利用して発光部２の温度Ｔが許容される使用範囲に収まる放熱量Ｗを求め、さらに求めた放熱量Ｗから、温度検出部３で検出する発光部２の温度が所定の使用範囲内に収まり且つ発光部２の光出力が最大となる供給電力（電流）を推定することができる。ここで、放熱量Ｗから上記供給電力を推定する方法は周知の計算方法やプログラムによるもの、あるいは予め実験的に求めたデータテーブルを参照する方法、若しくはこれらを組み合わせた方法などで実現可能である。尚、Ｓ，Ｔｏ，Ｑを連立方程式の解として求めるには少なくと３つの連立方程式が必要であるが、４つ以上の式を利用することで精度を向上することも可能であり、あるいは、２通りの式と実験データとに基づいて近似値を求めることも可能である。
【００２８】
上述のようにして供給電力の推定値を求めた後、推定部１３は、電源部１１の供給電力を推定値に一致させた場合に発光部２の温度が使用範囲内に収まるか否かを判定し、その判定結果を表示部１５に表示して使用者に報知する。そして、制御部１２では、推定部１３によって推定された供給電力の推定値に電源部１１の供給電力を一致させることで発光部２から最大の光出力が得られるようにする。
【００２９】
このように本実施形態によれば、推定部１３が、所定の出力パターンで電源部１１から発光部２に電力を供給したときの温度検出部３の検出温度に基づいて最大供給電力を推定するから、最大光出力を得るための供給電力が容易に決定できる。ここで、推定部１３で放熱量Ｗを求める際に発光部２の温度が収まるべき使用範囲に対して記憶部１４に記憶されている上限値、下限値並びに安全係数を適用し、上限値及び下限値に安全係数を乗じた値の範囲に発光部２の温度が収まるような放熱量Ｗを求めてもよい。尚、記憶部１４に記憶されている上限値及び下限値を用いる代わりに、発光部２に電力を供給しない状態で検出した温度検出部３の検出値から周囲温度の上限値と下限値を実側するようにしてもよい。
【００３０】
ところで、発光部２の寿命と使用される温度範囲との対応関係を予め実験で求めて記憶部１４に記憶しておき、使用者が操作部１６を操作して所望の寿命を選択すると、推定部１３が記憶部１４に記憶した対応関係を参照して選択された寿命に対応した周囲温度の上限値を決定したり、あるいは、発光部２の寿命に対応した周囲温度の範囲を表示部１５に表示して使用者に報知するようにしても構わない。あるいは、推定部１３において、推定した最大供給電力を所定の出力パターンに従って供給したときの発光部２の寿命を上記対応関係から予測し、当該予測結果を表示部１５に表示して報知するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は同上における出力パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  光源ユニット
２  発光部
３  温度検出部
１０  電源ユニット
１１  電源部
１２  制御部
１３  推定部
【図１】
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【図２】
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